应用大数据推进城市智慧化研究

林维勇

（中共三明市委党校，福建 三明 365000）

随着我国经济不断发展和社会不断进步，城镇化加快推进的同时，“城市病”问题日益突出，如城市人口膨胀、交通堵塞、环境污染、基础设施缺乏、产业转型压力等问题已成为城市进一步发展的难题。城市建设中传统的技术和管理方法已难以有效解决这些问题，必须重新审视城市发展的定位、培育城市崭新的功能、调整城市不合理的结构、塑造城市独特的形象。中共中央、国务院印发的 《国家新型城镇化规划(2014－2020年)》提出要推进智慧城市建设，推动大数据创新应用，实现与城市经济社会发展深度融合。可见，建设智慧城市已成为国家推进新型城镇化的重要途径，是实现城市可持续发展的需要，是当今信息社会不断向前推进的必然选择[1]。而城市的智慧化必须依赖新一代信息技术的创新应用，智慧离不开数据，无论信息、知识还是智能都是以数据为载体存在的。大数据时代已到来，大数据技术也逐步深入应用，因此需要研究如何将大数据创新应用到城市智慧化建设过程中，将城市各个领域及行业积累的海量数据进行有效挖掘，并将挖掘的潜在价值应用到智慧城市的建设和管理之中，为城市智慧化建设提供关键支撑，促使智慧城市的建设能够取得进一步突破和进展。通过应用大数据推进城市智慧化建设，为城市进一步发展创造新的动能，能够有效促进城市经济、社会与环境、资源协调可持续发展，缓解“大城市病”，化解城市发展难题，提高城镇化质量。

一、智慧城市的概念与内涵

2008年11月初，IBM在纽约召开的外国关系理事会上发表了题为《智慧地球：下一代领导人议程》的演讲报告，首次提出了“智慧地球”的概念[2]，进而在全世界掀起了智慧城市建设的热潮。

智慧城市的概念业界尚未统一标准，由于观点不一，侧重点不同，因此其概念解读多样化。某些观点侧重技术应用和网络建设，某些观点认为是人的参与，某些观点认为关键在于智慧效果，而先行的信息化建设城市更注重以人为本和可持续创新。总之，智慧不仅在于智能信息技术的应用，还包括创新与可持续发展、人的智慧参与及以人为本等内涵[3]。因此有专家学者从狭义和广义上给出定义：从狭义上理解，智慧城市是使用各种先进的技术手段尤其是信息技术手段改善城市状况，使城市生活便捷；从广义上理解，智慧城市是尽可能优化整合各种资源，城市规划、建筑让人赏心悦目，让生活在其中的市民可以陶冶性情心情愉快而不是压力，总之是适合人的全面发展的城市[4]。

实际上，智慧城市概念新颖、内涵丰富、外延广阔。某些学者将智慧城市的概念总结定义为：运用物联网、云计算、大数据、人工智能、区块链及空间地理信息集成等新一代信息和通信技术，实现城市交通、环保、安防、工商业活动、民生等领域智慧化管理和运行，为居住在城市中的人们创造出更加美好的生活。国外对智慧城市的理论研究和建设实践都比较早，A.Gore在1998年就提出了数字城市的概念,而智慧城市是在数字城市基础上的一种升级，S.Palmisano在2008年提出了“智慧地球”的概念，被认为是开创智慧城市建设的先行者[5]。美国最早开始进行智慧城市的建设实践，欧亚等国紧随其后，我国智慧城市建设也紧跟世界潮流，截至2017年底，我国超过500个城市均已明确提出或正在建设智慧城市。智慧城市是一个在不断发展中的概念，是城市信息化发展到一定阶段的产物，我国智慧城市建设目前正处于试点探索和推广阶段，诸多误区和认识不足在所难免，国家信息中心信息化和产业发展部主任单志广指出我国智慧城市发展仍存在几大核心问题：缺乏对智慧城市理念及内涵的科学统一认识；缺乏有效的顶层设计理论和方法；缺乏可持续的动力机制和长效的运营发展模式[6]。但随着国家智慧城市试点工作的推进和指标体系的逐步完善，也将规范和推动国内智慧城市的健康发展。

二、智慧城市大数据的产生

麦肯锡，一家全球知名的咨询公司，很早就提出了数据是重要的生产因素，人们对各个行业和领域蕴含的海量数据进行挖掘和运用，预示着新一波生产率增长和消费者盈余浪潮的到来，“大数据”时代已经来临[7]。一天之中，互联网可以产生大量的信息和数据，这些内容能够刻满一亿多张DVD；发出的邮件有2940亿封之多；发出的社区帖子达200万个；卖出的手机为37.8万台，比全球每天出生的婴儿数量还多。每一天，全世界会上传超过5亿张图片，每分钟就有20小时时长的视频被分享[8]。国际数据公司（IDC）的研究结果表明，到2020年，全球的数据总量将达到40ZB，即40万亿GB，如果1台电脑的容量为500GB，那么需要800亿台电脑才能装下如此庞大的数据。

城市涵盖了交通运行、医疗卫生、社会管理、农业、商业、金融以及宏观经济等众多领域和行业，建设智慧城市将对城市涵盖的各领域和行业进行智慧化，打造出智慧交通、智慧医疗、智慧楼宇、智慧电网、智慧农业、智慧安防、智慧环保、智慧旅游、智慧教育、智能金融等智慧化领域，各领域和行业产生和集成了海量的数据。例如在城市智慧交通建设和运营过程中，将视频监控、卡口电警、路况信息、管控信息、营运信息、GPS定位信息、RFID识别信息等每天产生的大量数据进行整合、挖掘和分析，形成智慧交通大数据；在农业智能化生产和经营过程中，将土壤水分和温度、空气温度和湿度、光照强度、植物养分含量、农作物生长情况、农产品流通和销售情况等数据进行实时采集、分析和整合，形成智慧农业大数据。

城市是一个复杂的综合体，由人口、交通、建筑、自然、工业、土地、水源等元素构成，按此标准，城市大数据可大致分为以下几类：特征数据、消费数据、生产数据、建筑设施数据、交通数据、环境数据等。

特征数据：人的性别、身高、体重、脸部、年龄、指纹、居住等行为特征数据。

消费数据：人的吃穿住行等消费数据。

生产数据：生产过程中使用的工具设备、制造的产品、消耗的产能等数据。

建筑设施数据：住宅、办公场所、娱乐场所、教育设施、医疗场地等建筑数据。

交通数据：车辆、飞机、轮船等交通工具数据，人员出行数据，交通运行拥堵等数据。

环境数据：水、空气、土壤、温度、气象等数据。

可见城市大数据种类繁多、规模庞大，数据结构复杂多样，城市数据面广、价值密度低，城市数据每时每刻都在大量产生，增长速度迅速，这些城市数据特点正符合IBM提出的大数据5V特征[9]。

三、智慧城市建设中大数据的应用

（一）基于大数据的智慧城市架构

智慧城市的基础是数据，海量的数据通过一定的采集、传输、处理汇聚成“大数据”，再将“大数据”应用到城市各个领域，形成智慧城市。基于大数据技术的智慧城市架构分为四层，如图1。分别为数据来源层、数据传输层、数据处理中心层、智慧应用服务层。

图1 基于大数据的智慧城市架构图Fig.1 Smart city architecturemap based on big data

数据源层：城市中的数据主要来源于城市各领域系统保留的历史数据和公众使用的手机、电脑等智能终端设备，城市中布放的传感器、RFID等物联网设备以及交通监控设备等产生的实时数据。

数据传输层：数据迅速、准确、安全的传递主要靠强大的通信网、互联网以及物联网。网络中的数据互联互通，按照一定标准转换、传递和接收。

数据处理中心层：智慧城市中的海量数据交由大数据技术平台、云计算中心、人工智能平台等进行存储、计算、分析，平台将计算出的“大数据”应用到各个智慧领域，为用户提供智能化和个性化的服务。

智慧应用服务层：“大数据”最终将应用到智慧城市各个领域或行业，为广大用户提供智慧服务，包括智慧政府、智慧交通、智慧医疗、智慧教育、智慧金融、智慧农业、智慧社区、智慧旅游等众多智慧领域。

（二）大数据在智慧城市各领域的应用

1.大数据与智慧政府

政府对城市而言相当于 “大脑”，包含了经济调节、市场监管、社会管理以及公共服务等四大职能。当今世界，环境日趋多变，当代政府所要处理的事务日益复杂，传统的政府治理模式已很难应付新时代的新形势和新挑战。因此，新时代需要构建智慧政府对城市进行管理，这也是建设智慧城市的首要任务。

当今，世界各国在不断推进政府现代化，政府治理的智慧化正成为其发展的战略选择。为推动智慧政府治理建设，各国开始聚焦于大数据技术，将大数据作为推进智慧政府治理建设的重要途径，例如英国开展的“数据权运动”，联合国推出的“数据脉动”计划，我国出台的《促进大数据发展行动纲要》[10]。

政府拥有和管理的数据众多，内部数据涉及公安、民政、人社、城管、法院、卫生、国土、旅游、工商、税务、卫生、教育、金融等部门数据，外部数据涉及行业数据、互联网数据等。作为拥有海量数据资源的政府迫切需要利用大数据技术挖掘其中蕴含的巨大价值，构建政府大数据，为打造智慧政府提供服务。在智能办公方面，对公务员的办公行为进行记忆，根据公务员的职责、偏好和使用频率自动优化办公界面和功能；根据待办事项、邮件内容和会议通知等智能提醒公务员处理相关公务；根据业务需要，智能分享政策法规、行业知识、工作经验等。在智能决策方面，建立智能决策系统，根据领导需要自动生成统计报表，把经济运行情况、社会管理情况等实时呈现在政府领导干部面前，辅助领导做出正确的决策分析；在智能监管方面，智能化的监管系统能够对监管对象自动感知、自动识别、自动跟踪，对突发性事件进行自动报警、自动处置等，对企业数据实时比对，监管企业偷逃税、违法违规生产等行为；在智能服务方面，为百姓提供场景式和个性化服务，智能引导百姓办理有关事项，真正提高办事实效。总之，通过打造政府大数据来构建智慧政府，实现政府管理与公共服务的精细化、智能化、社会化。

2.大数据与智慧交通

交通是连接城市的重要纽带，是运送人流、物流的重要通道，是城市发展必不可少的动力，交通影响着生产要素的流动和城镇体系的发展。随着科技日新月异和工业现代化发展，城市交通工具种类和数量不断增多，导致城市交通量激增，原始的交通方式已不能满足要求，城市交通问题日益凸显和复杂化，如交通拥挤和交通阻塞、交通事故频发、噪声及空气污染加重、能耗大量增加、车辆停放地不足等问题。

智慧交通的出现，通过挖掘分析海量交通数据，建立交通“大数据”，对交通的参与者路、车、人进行分析，对拥堵、违规等现象进行预警，提供排堵策略及违规追踪，赋予交通相关部门交通经济运行监测、政府决策分析、突发事件应急指挥，为城市交通运行管理、市民出行等提供智慧交通信息服务，提升交通运行效率，智慧的交通能够极大促进城市的稳定、社会经济健康有序发展。

智慧交通信号灯：采集整合传统交通数据和网络实时交通数据，输出各种路口拥堵指数，包括失衡、溢出等，以及路口研判信息，包括拥堵长度、出入口速度等，辅助交警更好的量化了解路口交通运行情况，快速识别拥堵路口、路段，针对实时交通运行情况，实时输出配时优化方案，辅助人工量化调优交通信号灯服务[11]。

智慧交通疏导：实时采集分析网络交通数据与视频轨迹捕捉数据，包括潮汐现象、流量速度规律、拥堵规律等，通过大数据分析提供疏导方案，并针对突发事件执行智能警力调配。

智慧停车：建立智慧停车大数据平台，实时采集和分析城市停车相关数据，为车主的日常停车、错时停车、车位租赁、汽车后市场服务、反向寻车、停车位导航等提供智慧服务，实现停车位资源利用率的最大化、停车场利润的最大化和车主停车服务的最优化。

3.大数据与智慧医疗

智慧医疗是通过打造健康档案区域医疗信息平台，利用最先进的物联网技术，实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动，逐步达到信息化[12]。推进医疗体系智慧化离不开大数据的应用。据国家卫生健康委员会统计信息中心统计，截至2018年3月底，全国医疗卫生机构数达99.3万个，2018年第1季度，全国医疗卫生机构总诊疗人次达20.0亿人次。可见，由此产生的医疗数据相当庞大。而当前医疗信息系统大多是由关系数据库系统所设计，难以互联互通，孤岛问题严重。因此需要对现有的医疗信息系统进行改造，做到统一医疗行业数据标准、统一业务流程标准，按国家标准规范将原始数据转换为统一数据结构，实时将各自医疗信息汇聚至国家医疗大数据中心，通过应用大数据技术对海量数据进行有效挖掘，形成真正有用的国家医疗大数据。智慧医疗大数据平台将为医疗机构、医生、医疗研究人员、药物供应商、保险公司、患者等整个医疗生态圈的每一个群体提供智慧化服务，使得人们的健康水平得到更大的提升。

4.大数据与其它智慧领域

城市中还涉及金融、教育、农业、安防、环保等众多行业领域。根据行业的共性和数据特点，大数据在打造各智慧领域有相通之处。这些行业数据采集来源广泛，需要通过互联网、传感器、RFID射频等方式获取，获取的这些数据类型复杂，包括结构化、半结构化、非结构化等数据，需要运用大数据处理技术进行加工、转换和存储，最后再根据业务的不同进行分析、挖掘和应用。各智慧领域也不是独立存在的，它们的大数据是需要共享共用的。比如农业大数据需要环境大数据的支撑，涉及天气、水资源、土壤等环境数据，从而进行农业生产环境的智能监测和智能管控；还需要市场运行数据和消费数据的支撑来进行智能生产和销售[13]。可见，智慧农业是要通过一系列而非单一的大数据应用才能形成的，其它智慧领域也是同样的。

四、应用大数据推进城市智慧化的路径及对策

（一）统筹规划，制定标准

加强政策引导，强化统筹协调，各部门联合协作，激发企业活力，营造良好的发展环境。

由政府统一组织成立大数据发展工作领导小组，统筹大数据发展工作，组建专门的大数据管理机构，实施大数据发展战略规划、制定大数据发展政策、出台实施方案及配套措施等。同时建立相应考核机制和督查制度，确保规划任务落实。

注重顶层设计，构建大数据发展体系，推进信息资源标准化建设，出台《数据共享服务技术标准》，统一技术标准。制定《信息资源共享管理办法》，整合信息资源，实现数据共享。政府要首先推动政务数据开放、共享及应用，明确各级政府、部门间数据共享的义务和权利，实现跨部门、跨区域、跨层级的信息系统间互联互通及业务协同。鼓励企业积极参与，加强政企合作，对接企业自有的系统平台和整合企业积累的社会数据，促进公共服务领域数据融合和共享。

（二）完善基础设施建设，注重核心技术研发

大数据的运行主要依托于网络运行体系，因此必须加强网络基础设施建设。加快推进新一代互联网、新一代通信网络、物联网、公共无线网络、电子政务网等网络基础设施的建设，为大数据的发展提供基础设施保障。建设大数据中心，为大数据的应用及城市智慧化建设提供基础平台和保障。

注重大数据关键技术和产品研发，构建产学研合作机制，加强与国内外科研机构和企业的合作，大力引进大数据人才，联合开展基础研究和核心技术攻关，培育具有核心竞争力的大数据产业链及产业集群，深化大数据技术在城市各领域及行业的应用，促进科技成果转化。强化大数据技术及应用创新能力，发挥企业创新主体作用，聚集产业、人才、市场优势资源，推动技术创新、应用创新和模式创新。

（三）城市重点领域应用，提供决策与服务

逐步推进大数据在城市各个行业领域的应用。重点领域先行，以点带面，逐步推广，最后实现城市各领域全应用、全覆盖，打造完整的智慧化城市。

推动大数据在政务、民生、医疗、卫生、交通、公共安全、教育等城市重点领域应用。打造智慧政府，用大数据提供智慧化服务和决策，提升政府治理能力和公共服务水平；打造智慧交通，用大数据为城市交通运行提供智慧管理，提升交通运行效率，市民出行更加方便；打造智慧医疗，解决民众看病难的问题，进一步提升民众的健康水平。通过将大数据应用到城市各个领域和行业，使得城市所包含的各个元素变得智慧化。

（四）加强数据安全保障，保证城市稳定运行

为了保证智慧城市能够健康、稳定、长久运行和发展，安全必须跟上。在不断深入城市各领域大数据应用的同时，必须建立健全的安全防护体系，坚持发展与安全并重。

加大网络信息安全保障体系，采用安全可靠的技术、产品和服务，提升技术支撑能力，增强关键信息基础设施安全防护，保障数据安全，促进数据资源有序流动和规范利用。

建立并完善大数据安全的相关法律法规制度，制定大数据安全标准体系，加强大数据平台日常管理和维护，做好安全评测和风险监测预警，提升大数据安全风险感知、预警和处置能力。同时增强行业自律，审慎监管，完善大数据行业监管体系。

五、结语

建设智慧城市是实现城市可持续发展的需要，是信息技术发展的需要，是提高国家综合竞争力的战略选择。十九大报告提出了：“加强应用基础研究，拓展实施国家重大科技项目，突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新，为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。”智慧社会被正式写进报告当中，与科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国并列，智慧社会的理念提升和丰富了智慧城市建设内涵，为智慧城市建设指明了发展路径。智慧城市是城市信息化发展到一定阶段的产物，是在大数据、云计算、物联网、地理信息、移动互联网等新一代信息技术驱动下建立的一套新型的、可持续的城市发展模式。智慧城市的建设发展离不开大数据的推动，通过应用大数据来推进智慧城市的建设意义深远，不仅能够为智慧城市的建设提供技术支撑，也能加快智慧城市建设的进程，解决现实的“城市病”问题，促进城市经济、社会与环境、资源协调可持续发展。相信不久将来，通过进一步深入研发大数据分析和挖掘技术，加强大数据标准化建设，促进海量数据的融合，突破信息孤岛，注重异构数据的转换与融合等关键技术的研发，大数据技术将更加成熟，应用将更加广泛和深入，必将为智慧城市建设提供更加强有力的支撑。通过大数据等新一代信息技术的应用，我国智慧城市建设定将取得显著成效，人们将在智慧城市中体验前所未有的智慧生活。